城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论2011CB013800-G
城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论
一、关键科学问题及研究内容关键科学问题的提出随着我国大量的城市轨道交通建成并投入使用，其结构健康服役的重要性日渐突出。
城市轨道交通地下结构设计寿命为100年，在此期间由于结构性能劣化、服役环境变化、低频循环振动等内外因素共同作用下，城市轨道交通地下结构受力状态会发生变化，性能逐步退化，加之我国轨道交通建设速度迅猛，结构施工质量难免存在一定程度的缺陷，且结构损坏后不易或不可更换，给轨道交通地下结构健康服役状态的判断和预知控制带来了极大困难，亟需开展系统的基础研究。
城市轨道交通地下结构处于固—液—气耦合作用的赋存环境下，加上轨道交通低频周期动载作用下的疲劳效应、复杂渗流边界与循环振动荷载的累加效应、临近施工和运营扰动、结构自身的初始损伤和缺陷等多种内外因素共同作用下结构性能不断劣化，受力体系易出现薄弱环节，其演化过程高度非线性、性能演化机理难清，因而第一个科学问题是动态时空环境效应下的地下结构性能演化机理，研究内容为城市轨道交通地下结构材料施工期和服役期性能演化机理、初始损伤和缺陷状态下结构性能演变规律、结构的病害形成机理。
城市轨道交通地下结构为超长线状地下结构，在服役过程中受各种因素的影响逐渐出现病害，其结构性能随之不断劣化，健康状态极其难知。
为满足结构长期健康服役的需求，在揭示其受力与变形演化历史及现状的基础上，需要采用经济、高效的监测方法，全覆盖智能感知超长地下结构性能，研究结构在单一、多种病害组合状态下的响应机理，确定结构性能对各种环境因素的敏感性与发展趋势，达到定量化预知结构未来力学行为及其服役性能的目的，因而第二个科学问题是超长线状地下结构的状态智慧感知与评估理论，研究内容为结构状态智慧感知、结构服役性能评估指标体系与标准、健康诊断理论、缺陷状态下服役性能的预知、局部损伤结构服役可靠度的退化机理与干预机制。
在以上两个关键科学问题研究的基础上，根据城市轨道交通地下结构服役特点，针对地下水赋存环境下的结构性能所处的不同状态开展结构智能自修复与自适应加固理论研究，建立健康服役机制和保障体系，变被动获取结构健康状态为主动控制服役性能，以解决地下结构损坏后极其难修的问题，因而第三个科学问题是地下水环境下的结构自修复机制与自适应控制理论，研究内容为适合于城市轨道交通环境特点的地下结构智能自修复基础理论、设计方法与服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的自适应加固理论，结构健康服役智能服务机制和数字化保障体系。
城轨交通轨道主要技术概论
城轨交通轨道系统设计主要技术标准（《地铁设计规范》GB50157-2003学习与实践）二零一零年轨道系统设计主要技术标准目录1.一般设计原则2.钢轨及轨道几何行位3.扣件、轨枕及道床4.道岔及道床5.减振轨道结构6.轨道附属设备及安全设备7.线路标志及有关信号标志我国第一部地铁设计规范《地下铁道设计规范》GB50157－92于1992年发布，1993年实施。
它基于可靠的技术依据和成熟的经验为基础，它总结了我国二十余年来地下铁道工程建设和运营经验，以及历年来的科研成果，同时，借鉴了国外地下铁道有关的成功经验和先进技术，在城市轨道交通工程建设初期起着指导作用。
随着我国地铁建设的迅猛发展，在工程建设和运营管理方面又引入了诸多国内外新技术，积累了各种新经验，为了适应发展的需要对92年版进行了全面修订，并将规范名称简化为《地铁设计规范》GB50157－2003于2003年（以下简称《地规》03年版）发布，2003年实施。
修订后的规范除对原文进行扩充与深化，又新增加了运营组织、高架结构、环境与监控、环境保护、自动售检票等内容，成为一部地铁建设的跨专业、综合性规范。
《地规》03年版实施以来，笔者在学习过程中，结合工程实践对其中部分条文（线路、轨道等）进行探讨，供研究设计人员参考，起到抛砖引玉之作用。
1.一般设计原则轨道是轨道交通运营设备的基础，它直接承受列车荷载，并引导列车运行，因此轨道设计应符合以下主要原则：*轨道结构应具有足够的强度、稳定性、耐久性以及适量的弹性，以确保列车运行平稳、快捷、安全、舒适，并尽量减少养护维修工作量和延长使用寿命。
同时应均衡提高轨道整体结构的承载能力、弹性连续、结构等强、合理匹配。
*轨道结构应根据环境保护对沿线不同地段的减振降噪要求，采用相应级别的减振轨道结构。
*轨道结构在满足以上功能的前提下，要求结构简单，具有通用性和互换性，降低造价。
*钢轨是运行列车牵引用电回流电路，轨道结构应满足绝缘要求，以减少泄漏电流对结构、设备的腐蚀。
地下轨道交通无线信息通信与关键技术-精选文档
地下轨道交通无线信息通信与关键技术0 引言城市地下轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点，轨道交通很早就作为公共交通在城市中出现，起着越来越重要的作用。
中国进入地铁高速发展时代已是不争的事实。
目前，国务院已经正式批准建设地铁的城市是25个，从北京、上海到广州，从沈阳、青岛到成都，全国各大城市都处在地铁建设的热潮之中，地铁建设热潮已蔓延至内地众多城市。
在城市轨道交通信息化体系的建设进程中，列车作为一个庞大的信息源成为铁路运营的中心载体。
信号系统是保证地铁高密度、高速度、高安全运行的重要设备，目前尚未国产化，主要依靠进口。
基于通信的移动闭塞系统（CBTC），是当今世界信号系统的新技术和新装备，近年来被国内地铁建设工程普遍采用。
CBTC在提高铁路运输能力和提高列车安全性能方面发挥着重要作用，同时，在100 km 距离以内的城市地下铁路，速度一般在100 km/h 左右，站间距小，追求的是高频率和服务质量，所以未来地铁无线接入需要解决的关键问题是以乘客数据业务为主体的宽带无线数据通信问题。
由于CBTC原设计只考虑了地铁内部的抗干扰问题，但未考虑来自地铁外部的干扰。
国内地铁突发情况出现后专家多次质疑2.4 GHz开放频段在地铁使用的安全性。
另一方面，无线上网（WiFi）已成时尚，通信运营商强烈要求尽快在地铁实现这一功能，广州地铁和北京地铁等均已进行相关业务引入的准备和测试工作。
然而，无线上网亦采用2.4 GHz开放频段，一旦进来可能对已有的PIS特别是CBTC带来干扰，从而严重影响地铁运营的安全性。
1 地铁宽带无线接入系统的需求随着地下轨道交通的迅猛发展，车地之间的通信数据量也将快速扩大，地下轨道交通宽带无线接入的主要业务也将是以乘客为主体的宽带数据业务。
地下轨道交通宽带接入要求主要可以概括为以下三个方面，一是可以支持现有无线通信系统，二是支持对于未来通信体制的平滑升级，三是要求能够为铁路运输的非安全数据业务提供支撑。
轨道检测
P1
轨道结构检测
3.2.1 车轮作用到钢轨上的垂直力P1、P2的测试 冲击荷载P1：当车轮滚过踏面扁疤、轨面擦伤、接头、
岔心等部位时，会出现轮轨冲击现象。这种冲击荷载的持续 时间很短，一般在0.75ms以内。这种短时间的超载或减载(高 频荷载)，一般不会危及行车安全(爬轨或倾覆)。由于其频率 很高，在自上而下的传递过程中衰减很快，因而对轨枕以下 各部件的应力、应变不会有太大的影响。冲击荷载是引起轨 头破损、螺栓孔裂纹和接头轨枕裂纹的主要原因。它还可能 导致很大的道床振动加速度，致使道渣破碎、道床沉陷和边
第三章 轨道结构检测
轮轨垂直力测试方法的讨论 ：
（3）剪应力法是把片子贴在轨腰上，贴片、检查、修复都比 较方便，因此在各国得到广泛应用。 （4）根据贴片部位的应力分析及电桥的加减特性，可以证明， 我国采用的剪力法的贴片及组桥方法，可以消除钢轨的水平 弯曲及扭转所造成的应变的影响。桥路的输出，将与水平力 及垂直荷载的偏心距无关，仅取决于垂直力P2的大小。 （5）剪力法的桥路输出只和作用在两贴片断面之间的垂直荷 载有关，贴片断面以外的荷载对桥路输出不产生影响。邻轮 的作用，轨枕的支承情况，轨下基础的软硬都不会影响测试 的结果。
F m V m 2 gH
t
t
P1
第三章 轨道结构检测
垂直力P2的测试
方法：剪力法、轨腰压缩法
(a) )
R1
(b)
)
R1
Sr-R2
Sr
P2
R2
SL
R3
Sr
P2
Sr R2
-SL
-SL
R3
SL-R3
剪力法测P2原理图
第三章 轨道结构检测
(完整word版)城市轨道交通概论
(完整word版)城市轨道交通概论一、绪论1、世界和我国第一条地铁线路诞生于何时何地世界：1863.1.10、英国伦敦、由帕丁顿到法灵顿，全长6KM中国：1969.1、中国北京2、城市轨道交通的类型按技术类型分类：市郊铁路、地铁、轻轨、有轨电车、单轨系统、自动导向系统、磁浮交通、其他3、地铁和轻轨的定义（区别）地铁：国际隧道协会将地铁定义为轴重较重、单方向输送能力在3万人次以上的城市轨道交通系统，它可以修建在地下或采用高架的方式。
地铁多用于超大城市或特大城市市区内部高密度地区间的交通出行，运营速度一般为35～40km/h，而最大车速一般可达80km/h，最小发车时间间隔为2min。
就容量指标而言，地铁系统均可达到单向高峰小时断面流量3万人次以上，属于大容量、高容量的快速轨道交通系统。
轻轨：是指轴重相对较轻，单方向输送能力在1.5～3.0万人次/h的一种中等运量的城市轨道交通系统。
在我国，根据我国《城市快速轨道交通工程项目建设标准》，用轻轨来命名中运量的城市轨道交通系统（包括地面和高架线路）。
轻轨系统一般采用C型车。
而欧洲所说的“轻轨”，一般是特指现代有轨电车交通。
4、单轨系统的类型单轨交通（MonorailTransit），又称独轨交通，是指以单一轨梁支撑车厢并提供导引作用而运行的轨道交通。
平日区分为跨座式和悬挂式两种，跨座式是车辆跨坐在轨道梁上行驶，悬挂式是车辆悬挂在轨道梁下方行驶。
5、单轨系统的特点独轨铁路一般使用道路上部空间，故乡地占用较少。
大多数独轨系统采用橡胶轮胎，可以适应急转弯及大坡度，对复杂地形有较好的适应性，从而减少拆迁量。
同时，独轨系统建设工期较短，投资也小于地铁系统。
6、磁浮交通的技术类型超导：以日本技术（MLX型）为代表；常导：以技术（TR型）为代表2、线网打算1、城市轨道交通的功能（基础性功能和先导性功能）基础性功能是指轨道交通应当为城市经济发展服务缓解城市交通压力、减少出行时间、解决交通拥堵。
城市轨道交通-CBTC组成、分类和原理
CBTC简介
（5）可以实现节能控制、优化列车运行统计处理、缩短 运行时分等多目标控制。
（6）移动闭塞系统，尤其是采用高速数据传输方式的系 统，将带来信息利用的增值和功能的扩展，有利于现代化水 平的提高。
（7）由于移动闭塞系统具有很高的实时性和响应性要求， 因此，其对系统的完整性要求高于其他制式的闭塞方式，系 统的可靠性也具有更高要求。
城市轨道交通 通信与信号
工作任务
任务名称 认识基于通信的列车控制系统 工 单 号
姓名
专业
日期
班级
任务描述： 参观学习，搜集资料，学习基于通信的列车控制系统。
任务要求： 1．认识轨道交通信号系统CBTC系统的构成。 2．了解CBTC信号系统的功能与作用。 3．掌握CBTC系统的特点与分类。 4．掌握CBTC系统在轨道交通信号系统中的主要作用。
图5-31 CBTC移动闭塞列车控制原理
THANKS
图5-30 基于无线扩频通信的移动闭塞ATC系统框图
拓展视野
欧洲电工委员会将安全的信息传输系统分为封闭式和开 放式两大类。封闭式安全的信息传输系统一般又分为两类： 第一类为用电缆、光缆或数据总线组成的信息传输通道；第 二类为轨道电路、轨道电缆或应答器作为信息传输通道。
二、 CBTC系统原理
如图5-31所示，ATP地面设备周期性地接收本控制范围内所有列车传 来的列车识别号、位置、方向和速度信息。相应地，ATP地面设备根据接收 到的列车信息，确定各列车的移动授权，并向本控制范围内的每列列车周期 性地传送移动授权信息。移动授权由前行列车的位置来确定，移动授权将随 着前行列车的移动而逐渐前移。ATP车载设备根据接收到的移动授权信息以 及列车速度、线路参数、司机反应时间等，计算出列车的紧急制动触发曲线 和紧急制动曲线，以确保列车不超越现有的移动授权。因此，在移动闭塞系 统中，ATP防护点不是在轨道区段的分界点，而是在前行列车车尾后方加上 安全距离的位置，它随着列车的移动而移动。后续列车可最大限度地接近前 行列车尾部，与之保持一个安全距离。在保证安全的前提下，CBTC系统能 最大限度地提高区间通过能力。
城市轨道交通地下结构性能演化
“城市轨道交通地下结构性能演化”研讨会在宁召开2014-07-03 20:56:26 来源：明德阅读: 330 次2014年6月27日-6月29日，国家973计划“城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论”项目研讨会在南京隆重召开。
2014年6月27日-6月29日，国家973计划“城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论”项目研讨会在南京隆重召开。
本次研讨会由南京工业大学承办，我校副校长刘伟庆教授、副校长乔旭教授、项目首席科学家同济大学朱合华教授、华中科技大学朱宏平教授、中南大学彭立敏教授、同济大学黄宏伟教授、华南理工大学吴波教授以及来自全国各地的110余位教师、研究生出席会议。
开幕式由副校长刘伟庆教授主持。
副校长乔旭教授代表学校致欢迎辞，乔旭副校长向与会专家和师生简要介绍了我校近年来的发展概况和取得的主要成绩，对同济大学等兄弟院校长期对我校土木工程学科的大力支持表示感谢。
项目首席科学家、长江学者、同济大学朱合华教授介绍了项目开展两年多以来的主要成果以及项目中期评估情况，并对项目下一阶段的总体安排做了详细部署，并代表973项目组对我校为本次研讨会的精心组织表示感谢。
该973项目以城市轨道交通地下结构健康服役为目标，紧密围绕城市轨道交通地下结构性能的演化、评估预知和控制三个基础科学问题，从多学科交叉的视角开展系统研究，揭示城市轨道交通地下结构性能演化机制，建立城市轨道交通地下结构性能评估预知与控制的系统科学理论。
该973项目承担单位为同济大学，并根据研究需要设置六个课题，分别由南京工业大学、中南大学、同济大学、华中科技大学、华南理工大学、同济大学和上海申通地铁集团承担。
项目执行时间为：2011.11-2016.10。
副校长刘伟庆教授为课题一“动态服役环境中的地下结构材料全寿命期性能演化机理”的负责人，学术骨干包括土木学院王曙光教授、韩建德博士、徐锋博士，材料学院潘志华教授。
该课题旨在从城市轨道交通地下结构材料性能的“形成及演化”的角度，系统分析地下结构材料在“建造—使用—维护”全寿命期的性能特征及其演化规律。
科技部公布973计划立项项目清单 共批准94个项目
中国人民解放军国防科学技术大学
中国人民解放军国防科学技术大学
2011CB013300
人体运动功能重建的生机电一体化科学基础
朱向阳
上海交通大学
上海市科学技术委员会教育部
2011CB013400
机械装备再制造的基础科学问题
张洪潮
大连理工大学
教育部
2011CB013500
大型水利水电工程高陡边坡全生命周期性能演化与安全控制
教育部浙江省科学技术厅
2012CB719900
高分辨率遥感数据精处理和空间信息智能转化的理论与方法
单杰
武汉大学
教育部
2012CB720000
行星表面精确着陆导航与制导控制问题研究
崔平远
北京理工大学
工业和信息化部
2012CB720100
大型客机座舱内空气环境控制的关键科学问题研究
陈清焰
天津大学
教育部天津市科学技术委员会
祝之明
中国人民解放军第三军医大学
中国人民解放军总后勤部卫生部重庆市科学技术委员会
2012CB517900
儿童孤独症的遗传基础及其致病的机制研究
夏昆
中南大学
湖南省科学技术厅教育部
2012CB518000
重大心血管疾病相关GPCR新药物靶点的基础研究
肖瑞平
北京大学
教育部
2012CB518100
严重创伤重要组织器官修复再生的细胞与分子机制研究
付小兵
中国人民解放军总医院
中国人民解放军总后勤部卫生部
2012CB518200
高原低氧环境的快速习服与长期适应机制研究
范明
中国人民解放军军事医学科学院基础医学研究所
地铁地下结构抗震分析及设计中的几个关键问题
地铁地下结构抗震分析及设计中的几个关键问题刘晶波李彬（清华大学，北京１０００８４）摘要：针对我国尚缺少完善的地铁地下结构抗震分析方法和专门的地铁结构抗震设计规范的现状，在分析目前我国地铁等地下结构抗震研究及设计方法的基础上，重点阐述了需要迫切解决的五个关键问题：合理的地下结构动力分析模型，高效的地下结构－地基系统动力相互作用问题分析方法，合理而实用的地铁地下结构地震破坏模式和抗震性能评估方法，地铁地下结构抗震构造措施，地铁区间隧道穿越地震断层的设计方案及工程措施。
这些问题的研究和解决将为地铁地下结构抗震设计规范或规程的制定奠定坚实的基础。
关键词：地铁；地下结构；土－结构动力相互作用；地震反应；抗震设计中图分类号：ＴＵ７１２Ｕ４５９．３文献标识码：Ａ文章编号：１０００－１３１Ｘ（２００６）０６－０１０６－０５ＩｓｓｕｅｓｏｎｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｓｕｂｗａｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓＬｉｕＪｉｎｇｂｏＬｉＢｉｎ（ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｏｆａｒ，ｔｈｅｒｅｉｓｓｔｉｌｌｌａｃｋｏｆａｍａｔｕｒｅｓｅｉｓｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄａｎｄｄｅｓｉｇｎｃｏｄｅｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｕｂｗａｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｉｎＣｈｉｎａ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｓｕｂｗａｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｆｉｖｅｋｅｙｉｓｓｕｅｓｎｅｅｄｔｏｂｅｓｅｒｉｏｕｓｌｙｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄａｎｄｕｒｇｅｎｔｌｙｒｅｓｏｌｖｅｄｉｎｔｈｅｎｅａｒｆｕｔｕｒｅ；ｔｈｅｓｅａｒｅａｒｅａｓｏｎａｂｌｅｄｙｎａｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｍｏｄｅｌｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍｓ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｙｎａｍｉｃｓｏｉｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｂｌｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｓｅｉｓｍｉｃｆａｉｌｕｒｅｐａｔｔｅｒｎｓａｎｄｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｕｂｗａｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｓｅｉｓｍｉｃｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｓｕｂｗａｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ａｎｄｆｉｎａｌｌｙｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｓａｎｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｓｕｂｗａｙｔｕｎｎｅｌｓｔｈｒｏｕｇｈｅａｒｔｈｑｕａｋｅｆａｕｌｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｂｗａｙ；ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ；ｄｙｎａｍｉｃｓｏｉｌ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；ｓｅｉｓｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ；ｓｅｉｓｍｉｃｄｅｓｉｇｎＥ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｊｂ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ引言随着城市化的发展，城市交通状况及环境条件日趋恶化，交通的拥挤和效率低下成为各大城市的通病，人们逐渐认识到发展以地下铁道为骨干的大运量快速公共交通系统是解决问题的重要途径［１］。
城市轨道交通轨道减振
城 市
城市轨道交通轨道减
轨 道
振
交
通
任务 城市轨道交通轨道减振 1.减振类型
根据减振效果的不同，《地铁噪声与振动控制规范》（DB 11/T 838—2011）将轨道减振分为初级减振、中级减振、高级减振和特殊 减振四个等级。按减振环节及减振效果，轨道减振可以分为钢轨类减 振、扣件类减振、轨枕类减振和道床类减振等。其中，钢轨类减振主 要包括采用阻尼钢轨、减振接头夹板、无缝线路等；扣件类减振主要 指采用各种类型的减振扣件，如先锋扣件、减振器扣件等；轨枕类减 振主要包括采用弹性短轨枕、弹性长轨枕、梯形轨枕等；道床类减振 主要包括在碎石道床道砟下设置道砟垫，整体道床采用浮置板道床等。 轨道减振等级、措施及类型如表8所示。
任务 城市轨道交通轨道减振 3.常用的减振技术措施
（4）试运营前对全线钢轨进行预打磨，运营中定期打磨钢轨顶面和车轮踏面，以保 持良好的轮轨接触，减少轮轨之间的动力作用，从而达到减振降噪的效果。 （5）在小半径曲线地段的钢轨工作面上涂润滑油或其他润滑剂，既可以减轻钢轨磨 耗，又可以降低噪声。 （6）严格控制轨道施工质量，提高经常性养护维修的质量，确保线路和轨道的几何 状态良好，使得由车辆引起的振动减小到最低程度，从而减少振动和噪声。 （7）考虑对车辆转向架一系、二系弹簧提出相应技术要求。 （8）对于碎石道床，可采用在道床上使用道砟胶、在道床下部设置减振垫等方式； 对于整体道床，可根据减振等级采用不同的轨道减振结构。其中，轨道中级减振措施 如表9所示，轨道高级减振措施如表10所示。
第二，在降低钢轨支承刚度的同时，也降低了车辆运营的平稳性，增加了 轨道部件的动荷载。
第三，细化减振等级及减振地段造成了全线弹性不连续。 第四，一些减振措施在耐久性、可维修性等方面存在一定的不足。
城市轨道交通工程建设安全数据融合路径及方法
I G I T C W技术 研究Technology Study4DIGITCW2024.011 研究背景近年来，随着城市化进程的加速和交通需求的不断增长，轨道交通工程建设成为了城市发展的重要组成部分。
然而，轨道交通工程建设面临着复杂的安全风险和隐患，如何全面、准确地监测和管理轨道交通工程建设并解决相关安全问题，成为了当前的重要研究课题。
目前，轨道交通工程建设的安全管理主要依赖于公司风险、隐患、应急3个既有安全系统，这些系统各自独立运行，数据格式不统一，数据之间的互通存在困难。
为了解决这一问题，需要采用先进的数据融合技术和数据处理分析技术，实现安全管控业务数据的融合及应用，提高轨道交通工程建设的安全水平。
本文提出了一种基于DolphinScheduler 、FlinkCDC 和Restful API 的数据融合方法，以实现公司风险、隐患、应急3个既有安全系统的安全数据的标准化、融合和应用，从而提升轨道交通工程建设的安全水平。
2 实施路径及方法本项目以公司风险、隐患、应急3个既有安全系统的安全数据为基础，统一安全数据标准和口径，实现安全管控业务数据的融合及应用。
具体实施路径如下。
（1）统一数据标准：梳理整合轨道主数据和风险系统、盾构系统、隐患系统、应急系统等业务系统安全数据指标，对不同安全系统的数据进行统一的标准化基金项目：北京市基础设施投资有限公司科研项目经费资助，项目编号：2022-15-06-06，项目名称：北京市基础设施安全风险智慧管控平台。
作者简介：刘魁刚（1979-），男，汉族，河北邯郸人，教授级高工，硕士，研究方向为轨道交通建设管理。
张 瑜（1981-），男，汉族，安徽临泉人，教授级高工，本科，研究方向为轨道交通建设管理。
毕 鹏（1975-），男，汉族，山东文登人，工程师，本科，研究方向为建设工程安全管理。
赵智涛（1978-），男，汉族，山东冠县人，高级工程师，本科，研究方向为轨道交通的建设管理及相关工作。
城市安全视角下地下工程核心安全风险演化机理及其管控
１ 研 究 方 法 与设 计
１ ． １ 研 究 方 法 的 选 择
国家 自然 科 学 基 金 项 目 （ 项 目编 号 ： ７ １ １ ７ ２ １ ４ ８） ； 国 家 自然 科 学 基 金
项 目（ 项 目编 号 ： ７ １ ４ ０ ２ １ １ ９ ） ； 中 国 太 平 洋 财 产 保 险 股 份 有 限 公 司 天 津 分 公 司委 托 项 目 （ “ 地 铁 项 目核 心 安 全 风 险 治 理 研究 ” ）
此， 本 研究 将 城 市 地 下 工 程 项 目视 为 复 杂 系 统 ， 选 用 扎根 理 论 研 究 方 法 探 索 城 市 地 下 工 程 核 心 安 全
方面 ， 循着传统研 究思路 ， 融 合 风 险 科 学 与
工 程科学 的 、 侧 重 于工程 安全 风 险 评估 的 “ 亲技 术 ”
因素的 系统性研 究 仍 显 匮乏 ， 针 对地 下 工 程 核 心 安 全风 险 的研 究更 是 尚付 阙如 。综 合 考 量各 种 因
的热 点 。与一 般 建 筑 工 程 安 全 研 究 领 域 的 管 理 驱
动和技 术驱 动 的两类 研 究视 角 类 似 ， 针 对 城 市 地 下 工程 安全 风 险也 分 化 出“ 亲技 术 ” 与“ 亲 管理 ” 的 两 条研 究路 径 。
司， 天津 ， ３ ０ ０ ３ ９ ２ ； ３ ． 天 津理 工大 学 管理 学 院 ， 天津 ， ３ ０ ０ ３ ８ ４ ）
【 摘要】 揭 示 城 市地 下 工 程 核 心 安 全 风 险 的 形 成 与 演 化 机 理 ， 是 实现 有 效 安 全风 险 管控 的 前提 。研 究 立 足 项 目层 面 ， 聚 焦 于风
另一方 面 ， 统领环境 、 技术 、 组 织 等 因素 ， 侧 重 于 整
地铁隧道内碎石道床轨道结构减振特性分析
地铁隧道内碎石道床轨道结构减振特性分析彭华，刘麦，蔡小培，汤雪扬（北京交通大学土木建筑工程学院，北京__）散体碎石材料组成的碎石道床是目前使用最广泛的轨道结构之一，主要应用于高速铁路、普速铁路与重载铁路.国外城市轨道交通发展早，较多采用了传统碎石道床，如英国伦敦地铁、法国巴黎地铁、德国柏林地铁，至今仍保留了不少普通碎石道床，目前运营情况良好［1］.我国城市轨道交通发展较晚，几乎所有的地下正线都采用了整体道床结构型式，只有一些地面线路和高架线路以及车辆段采用了碎石道床.随着我国地铁的发展，整体道床目前在某些区段造成了振动、噪声、钢轨车轮异常磨耗等负面影响［2］.相较于整体道床，碎石道床轨道结构弹性较好，建设成本小，适用于基础薄弱地段.且随着碎石道床轨道结构养护维修技术的发展，养路机械作业日渐成熟，养护维修成本也得到降低.近年来越来越多的地铁线路邻近或下穿一些振动敏感区域，如医院、剧场、实验室、古建筑等，这对地铁轨道结构的减振性能提出了更高的要求.针对地铁轨道结构的减振措施，目前主要从钢轨、扣件、道床等方面进行考虑［3-5］.针对城市轨道交通碎石道床，国内外学者已经开展了一定的研究工作.Saussine 等［6］通过实验和离散元模拟分析了有砟道床沉降特性.张慧慧［7］分析了无砟轨道与有砟轨道的特点，提出了城市轨道交通轨道结构的设计原则.Huang 等［8］采用离散元建模方法，研究了污垢对碎石道床强度和稳定性的影响。
刘加华等［9］应用轨道结构强度计算理论及车辆-轨道耦合振动动力学仿真计算模型，分析了不同道床厚度对相关轨道结构部件的影响，得出了碎石道床合理道床厚度的建议值.赵洪等［10］对碎石道床在城市轨道交通地下线路中应用的可行性进行了研究，指出碎石道床在病害防治、经济效益、减振降噪等方面相对于无砟轨道具有一定优势.既有的研究中对于碎石道床在地铁内的减振性能研究较少，鲜有地铁隧道中采用碎石道床进行减振的研究，碎石道床相较于整体道床的减振性能尚不明确.本文以地铁隧道内碎石道床为研究对象，建立车辆-碎石道床-隧道-土体耦合动力学模型，与相同条件下普通整体道床对比，确定碎石道床减振等级；探究改变碎石道床厚度及增设减振垫时的减振性能，为碎石道床在地铁隧道内的应用提供建议.采用有限元软件Abaqus 进行建模分析，模型主要包括车辆模型、轨道结构模型、隧道及土体模型3部分.所建立的模型为地铁盾构隧道，盾构隧道直径为5.8 m，模型整体尺寸为30 m×30 m×96 m.轮轨之间的相互作用符合赫兹接触理论和库伦摩擦理论，轨道随机不平顺采用了北京地铁10 号线实测数据，行车速度取80 km/h.模型采用显式动力学求解器，求解过程中第一个分析步0.4 s，为模型平衡稳定阶段；第二个分析步3.2 s，为模型求解阶段，积分步长为2×10-4s.根据显式中心差分时间积分法则，在增量开始的t时刻满足动态平衡方程，在t时刻计算得到的加速度可用来求解时刻t+△t/2 的速度，并且求解从t到t+△t的位移，进而完成整个求解过程.为提高计算效率，在保证计算结果准确的前提下，模型进行了一定的简化与假设.计算中假定车体、转向架、轮对为刚性结构，忽略其弹性变形；不计一系及二系悬挂系统非线性特性，将其视为弹簧阻尼结构；计算过程中假设衬砌与岩体一直保持紧密接触.1.1 车辆模型车辆模型采用地铁A 型车，车辆模型是由车体、转向架、轮对、一系、二系悬挂组成的多刚体系统.建模时充分考虑了车体和转向架的横向、垂向、侧滚、摇头和点头5 个自由度，轮对的横向、垂向、侧滚及摇头4 个自由度，共31 个自由度.建模中用弹簧-阻尼单元来模拟车辆的一系、二系悬挂，弹簧-阻尼单元能够充分考虑纵向、横向、垂向3 个方向的刚度和阻尼.车体具体结构参数见文献［11-12］，车体模型见图1.图1 车辆模型Fig.1 Vehicle model1.2 轨道结构模型通过建立碎石道床及整体道床轨道结构模型，对两者振动特性进行对比，确定碎石道床的减振性能.碎石道床为由具有一定粒径、级配和强度的硬质碎石堆集而成的道床结构，模型如图2 所示.整体道床由混凝土整体灌注而成，轨枕与道床浇筑为一个整体，中间预留排水沟以便隧道排水.轨道结构模型由钢轨、扣件、道床组成，道床厚度取300 mm，具体结构参数如表1 所示.列车荷载直接作用于轨道结构，模型网格划分较为细密，钢轨、轨枕、道床模型网格最小尺寸分别为15 mm、50 mm、75 mm.图 2 碎石道床轨道结构模型Fig.2 Model of ballast bed structure表1 轨道结构参数Tab.1 Struture parameters of track1.3 隧道及土体模型为更好地模拟实际情况，土体模型尺寸选取为30 m×30 m×96 m，由于土体不是主要研究对象，模型网格最小尺寸为1 m.隧道采用盾构直径为5.8 m 的圆柱形结构，衬砌厚度为0.2 m，模型网格最小尺寸为0.1 m，如图3 所示.模型中，采用实体单元C3D8R 来模拟土体，采用Mohr-Coulomb 模型来假定土体结构，用线弹性模型来模拟衬砌结构.盾构隧道管片与土体之间保持密贴状态，故设置隧道与土体之间为Tie 约束连接.土体底部采用固定约束，四周采用对称约束，土体及隧道结构参数如表2 所示.表2 隧道、土体计算参数Tab.2 Parameters of tunnel and soil mass图3 隧道及土体模型Fig.3 Model of tunnel and soil mass碎石道床在轨枕与隧道结构之间发挥缓冲作用，在地铁隧道中其相较于整体道床的减振量尚不明确.从时域及频域两个角度，分析地铁列车通过碎石道床及整体道床时隧道结构的加速度差异，确定城市轨道交通隧道内碎石道床的减振等级.2.1 时域分析隧道结构加速度是评价隧道内轨道结构减振性能的主要指标之一，对整体道床与碎石道床结构隧道壁底部和隧道壁1.5 m 处振动加速度进行对比分析，得出隧道结构加速度时程曲线如图4 所示.由图4 可知，整体道床的隧道壁底部、隧道壁1.5 m 处振动加速度明显大于碎石道床.隧道壁底部加速度方面，整体道床加速度峰值为3.23 m/s2，碎石道床为2.77 m/s2，减小14.24%；隧道壁1.5 m 处加速度方面，整体道床加速度峰值为1.24 m/s2，碎石道床为0.85 m/s2，减小31.4%.通过碎石道床及整体道床隧道结构加速度的对比，可以得出碎石道床在时域上减振性能良好，可以考虑作为城市轨道交通的减振措施.图 4 碎石道床及整体道床隧道加速度对比Fig.4 Comparison of tunnel acceleration between ballast bed and integral ballast bed2.2 频域分析由于振动信号除了随时间变化之外，还与频率、相位等信息有关，因此还需对振动信号进行频域分析.通过将隧道结构的时域数据进行一定的时频转换，得出两种轨道结构的隧道频域数据，绘制对应的频域曲线，结果如图5 所示.由图5 可知，碎石道床与整体道床两种轨道结构型式，隧道结构在频域上呈现相同的变化趋势.对于隧道壁整体而言，振动主要集中在25～100 Hz，频率在1～80 Hz，隧道结构的振级整体上逐渐增大，当频率为80～100 Hz 时，隧道结构的振级开始减小，整体道床振级大于碎石道床振级.隧道壁1.5 m 处的加速度振级更能体现减振效果，进一步分析隧道壁1.5 m处的插入损失，结果如图6 所示.与整体道床相比，碎石道床隧道壁1.5 m 处最大减振4.29 dB，对应中心频率80 Hz.综合时域及频域分析结果，碎石道床减振性能表现良好，可减小振动在环境中的传递.图5 碎石道床及整体道床隧道壁1/3 倍频程频谱对比Fig.5 Comparison of tunnel wall 1/3 octave spectrum between ballastbed and integral ballast bed图 6 隧道壁 1.5 m 处分频减振Fig.6 Frequency-division vibration reduction at 1.5 m from tunnel wall与整体道床相比，碎石道床能发挥一定的减振性能，但其最大减振量仅为4 dB 左右，不能满足某些振动敏感区域较高的减振需求.因此从改变道床厚度、增设轨枕垫、增设道砟垫3 个角度进行分析，研究碎石道床在结构参数变化及铺设减振垫后的减振性能.3.1 道床厚度分析道床厚度是碎石道床轨道结构的重要设计参数，道床承受来自列车作用于轨枕的荷载，并将其传递至隧道结构。
浅析地铁等地下结构的抗震分析和设计中的问题
浅析地铁等地下结构的抗震分析和设计中的问题作者：王涛来源：《科技资讯》 2013年第11期王涛（中煤科工集团武汉设计研究院湖北武汉 430000）摘要:目前我国还没有系统完善的地铁等地下结构抗震分析方法和专业的地铁等地下工程结构抗震设计规范,本文首先总结了我国地铁等地下工程结构抗震分析和设计的现状,围绕地铁设计当中的几个关键问题展开讨论,问题包括:合理的地铁工程结构的动力分析模型;有效的结构和土动力相互作用分析方法;地铁等地下工程结构破坏模式和地铁抗震性能的评估;地铁工程结构的抗震构造措施和地铁穿过地震断层时的设计和施工方法。
这些问题的分析和讨论有助于我国地铁工程结构设计的发展进步。
关键词:地铁抗震设计地下结构中图分类号:P315 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)04(b)-0059-01伴随着我国经济的发展,城市建设日新月异,城市交通的压力也越来越大,地铁以其高效、快速和清洁的优点成为各大城市的选择。
到目前为止,我国已进入了地铁建设的黄金期。
与此同时,必须认识到地铁工程也是城市生命线工程,地铁工程的抗震问题是城市防灾减灾和抗震的关键环节。
然而,国内还没有独立的地铁等地下工程结构抗震设计规范,现行《地铁设计规范》在地铁的抗震问题上只是做了简单的规定,没有对地下结构的抗震设计方法进行系统的总结和归纳。
出现这些问题的原因是由于人们对地下结构的地震危害认识不够,对地下结构的抗震设计不够重视,客观地说,地铁等地下结构的地震危害小于地上结构,但是国外的地震灾害(如1995年日本阪神大地震)证明在地下底层发生较大位移或变形时,地铁等地下工程结构同样会发生很严重的灾害,地铁等地下结构的抗震设计问题应该重视。
目前对地铁等地下结构抗震性能的研究主要是通过原型观测、模型试验及数值模拟进行,由于抗震问题的复杂性,没有哪一种方法能够全面且真实的解释和模拟地铁等地下工程结构的动力性能,而需要结合三种方法的结论进行综合比较分析。
城市轨道交通系统安全韧性思考与实践
城市轨道交通系统安全韧性思考与实践目录一、内容描述 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 国内外研究现状及发展趋势 (4)二、城市轨道交通系统安全韧性概述 (5)1. 安全韧性定义及内涵 (7)2. 城市轨道交通系统安全韧性特点 (8)3. 安全韧性在城市轨道交通中的重要性 (9)三、城市轨道交通系统安全韧性影响因素分析 (10)1. 硬件设备与安全设施因素 (11)2. 运营管理与组织因素 (13)3. 人员素质与技能因素 (14)4. 环境因素及风险评估 (15)四、增强城市轨道交通系统安全韧性策略 (17)1. 硬件设备与安全设施优化策略 (18)2. 运营管理与组织优化措施 (20)3. 人员培训与技能提升途径 (21)4. 建立完善应急预案与紧急救援体系 (22)五、城市轨道交通系统安全韧性实践案例 (23)1. 国内外典型案例介绍与分析 (24)2. 实践经验总结与启示 (25)六、提升城市轨道交通系统安全韧性技术创新与应用研究 (26)一、内容描述本文档主要围绕“城市轨道交通系统安全韧性思考与实践”这一主题展开，内容主要涉及对城市轨道交通系统安全韧性的全面思考和具体实践措施。
在当前城市化进程不断加快，轨道交通系统日益繁忙的背景下，安全问题愈发凸显，提升轨道交通系统的安全韧性显得尤为重要。
本文旨在探讨如何增强城市轨道交通系统的安全性和韧性，以应对各种潜在风险和挑战。
文档将概述城市轨道交通系统的现状及其面临的主要安全风险，包括设备老化、人为因素、自然灾害以及恐怖袭击等风险点。
将深入分析这些风险对轨道交通系统安全韧性的影响，阐述现有安全措施和策略存在的不足和挑战。
文档将提出增强城市轨道交通系统安全韧性的策略和建议，这包括但不限于以下几个方面：一是加强设备维护和更新，提升设备的安全性和可靠性；二是强化人员培训和人员管理，提升员工的安全意识和应急处理能力；三是完善安全管理体系，构建全方位、多层次的安全管理网络；四是加强与相关部门的协同合作，形成联动机制，共同应对安全风险。
城市轨道交通枢纽一体化车站结构震害机理
第52卷第3期2021年3月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.3Mar.2021城市轨道交通枢纽一体化车站结构震害机理韩学川，陶连金，张宇(北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室，北京，100124)摘要：为了研究城市轨道交通一体化地铁车站结构的地震响应特性及震害机理，基于混凝土塑性损伤理论，采用ABAQUS 有限元软件建立静−动力耦合大型三维有限元数值模型，计算分析地震损伤演化过程和破坏机理，探讨一体化地铁车站结构的空间效应。
研究结果表明：城市轨道交通枢纽一体化结构兼备地铁地下车站结构和地上结构2种特性，原有单体车站结构的动力特性和反应发生改变；一体化地铁车站结构的水平位移随车站结构埋深增加逐渐减小，层间相对水平位移随车站结构埋深增加逐渐增大，车站结构的横截面方向和竖向均发生塑形变形，表现出塑形积累现象；一体化地铁车站各层楼板和墙柱的交接处是抗震最不利位置，底层中柱和侧墙底部的损伤最严重，是整个结构的抗震薄弱部位，应该着重加强车站底部结构构件的抗震构造措施；城市轨道交通枢纽一体化地铁车站结构表现出显著的空间效应，地铁车站不同区域的位移反应和内力反应差异显著，其中，地铁车站一体化区域的层间水平位移约为非一体化区域层间水平位移的5%，而柱端剪力差异明显，剪力最大值甚至增加200%。
关键词：一体化结构；地震响应；数值分析；空间效应中图分类号：TU443文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2021）03-0925-11Seismic damage mechanism of integrated station structure ofurban rail transit hubHAN Xuechuan,TAO Lianjin,ZHANG Yu(Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering of Ministry of Education,Beijing University ofTechnology,Beijing 100124,China)Abstract:In order to study the earthquake response characteristics and disaster mechanism of integrated subway station structure of urban rail transit,a large-scale three-dimensional finite element numerical model of static-dynamic coupling was established by ABAQUS finite element software based on the plastic damage theory of concrete.The earthquake damage evolution process,failure mechanism and spatial effect of the integrated subway station structure of urban rail transit hub were analyzed and discussed.The results show that integrated structure ofDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.03.024收稿日期：2020−05−15；修回日期：2020−07−28基金项目(Foundation item)：国家重点研发计划(2017YFC0805403)(Project(2017YFC0805403)supported by the National KeyResearch &Development Program of China)通信作者：陶连金，博士，教授，从事地下结构工程抗震研究；E-mail ：******************引用格式：韩学川,陶连金,张宇.城市轨道交通枢纽一体化车站结构震害机理[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(3):925−935.Citation:HAN Xuechuan,TAO Lianjin,ZHANG Yu.Seismic damage mechanism of integrated station structure of urban rail transit hub[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(3):925−935.第52卷中南大学学报(自然科学版)urban rail transit hub has the characteristics of subway underground station structure and above-ground structure, and the dynamic characteristics and response of the original single station structure change.The horizontal displacement of integrated subway station structure decreases gradually with the increase of buried depth of station structure,and the relative horizontal displacement between floors increases gradually with the increase of buried depth of station structure.The plastic deformation occurs in the direction of cross section and the vertical directionof station structure,which shows the phenomenon of plastic accumulation.The joint of floor slab and wall columnis the most disadvantageous position.The damage of bottom middle column and side wall bottom is the most serious,which is the weak part of the whole integrated subway station structure.Therefore,the seismic measuresof the structural members at the bottom of the station should be strengthened.The integrated subway station structure of urban rail transit hub shows significant spatial effect.The displacement response and internal force response of different areas of subway station are significantly different.The horizontal displacement between floors of the integrated area is about5%of that of the non-integrated area,while the maximum value of shear forceat the end of the column increases by200%.Key words:integrated structure;earthquake response;numerical analysis;spatial effect随着城市土地资源的紧缺，提高土地综合利用率成为地铁规划建设的核心问题。
地下结构抗震分析的整体式反应位移法
第32卷第8期岩石力学与工程学报Vol.32No.82013年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and EngineeringAug .，2013收稿日期：2012–12–24；修回日期：2013–03–07基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2011CB013602)；国家自然科学基金重大项目(90715035)；北京市自然科学基金重点项目(8111001)作者简介：刘晶波(1956–)，男，博士，1982年毕业于大连理工大学工程力学专业，现任教授、博士生导师，主要从事土–结构相互作用、地下结构抗震方面的教学与研究工作。
E-mail ：liujb@地下结构抗震分析的整体式反应位移法刘晶波，王文晖，赵冬冬，张小波(清华大学土木工程系，北京100084)摘要：对目前地下结构抗震分析中的传统反应位移法进行分析，针对该方法的主要误差来源，结合反应位移法明确的物理概念及严密的理论基础，提出一种适用于地下结构抗震分析的计算方法——整体式反应位移法。
整体式反应位移法在反应位移法的基础上，通过直接建立土–结构分析模型来反映土–结构间相互作用，避免引入地基弹簧带来的计算量和计算误差。
为验证改进方法的有效性，一方面从物理概念出发，论证改进方法与反应位移法的一致性；另一方面通过数值计算，将整体式反应位移法与动力时程分析方法进行对比分析。
结果表明，整体式反应位移法相比于反应位移法计算量小，计算结果更接近动力时程方法，是一种实用性强的拟静力方法。
关键词：地震工程；地下结构；抗震分析；整体式反应位移法中图分类号：P315.9文献标识码：A文章编号：1000–6915(2013)08–1618–07INTEGRAL RESPONSE DEFORMATION METHOD FOR SEISMICANALYSIS OF UNDERGROUND STRUCTURELIU Jingbo ，WANG Wenhui ，ZHAO Dongdong ，ZHANG Xiaobo(Department of Civil Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China )Abstract ：The response deformation method for seismic analysis of underground structures is introduced.Based on the physical concept and basic principle of the response deformation method ，an integral response deformation method is proposed to reduce the error source of the original method.The integral response deformation method takes the soil-structure model to realize the interaction between soil and structure.In order to verify the efficiency of the improved method ，on the one hand ，the improved method is proved to be consistent with the response deformation method in the physical concept ；on the other hand ，the improved method is compared with the dynamic analysis method by numerical calculation.It can be found from the numerical results that ，compared to the response deformation method ，the integral response deformation method requires less computational complexity and achieves more accurate result.The integral response deformation method is proved to be a highly practical pseudo-static method.Key words ：earthquake engineering ；underground structure ；seismic analysis ；integral response deformation method1引言地下结构抗震分析方法包括动力时程分析方法和拟静力分析方法[1-2]。
地铁隧道结构灾变模型及应用研究
地铁隧道结构灾变模型及应用研究黄震;傅鹤林;尹光明;王慧;张加兵;史越【摘要】地铁隧道结构灾害影响地铁运营和周边环境安全,其灾变模式和减灾机制的研究对隧道结构安全维护具有重要的价值.依据运营地铁隧道结构灾变过程,基于灾变链式理论,构建了地铁隧道结构灾变链式结构和灾变数学模型,分析了运营地铁隧道结构灾变特征以及不同灾变阶段的断链减灾机制与措施,并应用该模型对某地铁结构灾变特征,从断链减灾模式角度,提出了控制隧道结构灾变演化的具体措施.研究结果表明,隧道结构灾变过程具有链式结构特点,其灾变链式模型可有效地描述结构灾变从孕育阶段到爆发阶段的演化过程;隧道结构灾变过程具有因果关系、渐变与突变共存及蔓延的特征,其减灾措施应从不同灾变阶段的断链机制出发;该模型应用于该地铁隧道结构灾变过程,有效控制了隧道结构灾变的演化.【期刊名称】《灾害学》【年(卷),期】2018(033)003【总页数】7页(P216-221,228)【关键词】地铁;隧道结构;灾变链式理论;灾害链;减灾措施【作者】黄震;傅鹤林;尹光明;王慧;张加兵;史越【作者单位】中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;长沙市轨道交通集团有限公司,湖南长沙410133;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075【正文语种】中文【中图分类】U25;X951;X43;X45地铁多为地下结构工程，通常穿梭于城市复杂水文地质环境中，邻近城市重要构筑物，且容易受到施工扰动、水文地质条件变化及人类活动等影响[1]。
一旦运营地铁隧道结构受到众多潜在致险因子作用而引起结构灾害事故，其带来的经济损失和社会负面影响巨大，且不利于社会稳定和经济发展。
因此，开展运营地铁隧道结构灾变机制及减灾措施的研究对确保地铁运营安全和指导隧道结构安全维护是非常必要的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
项目名称：城市轨道交通地下结构性能演化与感控基础理论首席科学家：朱合华同济大学起止年限：2011.11-2016.8依托部门：教育部上海市科委一、关键科学问题及研究内容2.1 关键科学问题的提出随着我国大量的城市轨道交通建成并投入使用，其结构健康服役的重要性日渐突出。
城市轨道交通地下结构设计寿命为100年，在此期间由于结构性能劣化、服役环境变化、低频循环振动等内外因素共同作用下，城市轨道交通地下结构受力状态会发生变化，性能逐步退化，加之我国轨道交通建设速度迅猛，结构施工质量难免存在一定程度的缺陷，且结构损坏后不易或不可更换，给轨道交通地下结构健康服役状态的判断和预知控制带来了极大困难，亟需开展系统的基础研究。
城市轨道交通地下结构处于固—液—气耦合作用的赋存环境下，加上轨道交通低频周期动载作用下的疲劳效应、复杂渗流边界与循环振动荷载的累加效应、临近施工和运营扰动、结构自身的初始损伤和缺陷等多种内外因素共同作用下结构性能不断劣化，受力体系易出现薄弱环节，其演化过程高度非线性、性能演化机理难清，因而第一个科学问题是动态时空环境效应下的地下结构性能演化机理，研究内容为城市轨道交通地下结构材料施工期和服役期性能演化机理、初始损伤和缺陷状态下结构性能演变规律、结构的病害形成机理。
城市轨道交通地下结构为超长线状地下结构，在服役过程中受各种因素的影响逐渐出现病害，其结构性能随之不断劣化，健康状态极其难知。
为满足结构长期健康服役的需求，在揭示其受力与变形演化历史及现状的基础上，需要采用经济、高效的监测方法，全覆盖智能感知超长地下结构性能，研究结构在单一、多种病害组合状态下的响应机理，确定结构性能对各种环境因素的敏感性与发展趋势，达到定量化预知结构未来力学行为及其服役性能的目的，因而第二个科学问题是超长线状地下结构的状态智慧感知与评估理论，研究内容为结构状态智慧感知、结构服役性能评估指标体系与标准、健康诊断理论、缺陷状态下服役性能的预知、局部损伤结构服役可靠度的退化机理与干预机制。
在以上两个关键科学问题研究的基础上，根据城市轨道交通地下结构服役特点，针对地下水赋存环境下的结构性能所处的不同状态开展结构智能自修复与自适应加固理论研究，建立健康服役机制和保障体系，变被动获取结构健康状态为主动控制服役性能，以解决地下结构损坏后极其难修的问题，因而第三个科学问题是地下水环境下的结构自修复机制与自适应控制理论，研究内容为适合于城市轨道交通环境特点的地下结构智能自修复基础理论、设计方法与服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的自适应加固理论，结构健康服役智能服务机制和数字化保障体系。
2.2 关键科学问题的内涵本项目以城市轨道交通地下结构健康服役为目标，紧密围绕城市轨道交通地下结构性能的演化、评估预知和控制三个基础科学问题，从多学科交叉的视角开展系统研究，揭示城市轨道交通地下结构性能演化机制，建立城市轨道交通地下结构性能评估预知与控制的系统科学理论。
本项目拟解决的三个科学问题的内涵具体如下：科学问题一：动态时空环境效应下的地下结构性能演化机理城市轨道交通地下结构广泛采用混凝土结构，其结构形式多样，包括管片与螺栓连接的拼装式结构、预浇的沉管结构、现浇的衬砌结构等，在服役过程中长期处于复杂的物理—化学—力学条件下，各种内外环境均会对城市轨道交通地下结构的材料性能和全寿命产生重要的影响，例如，在轨道交通低频周期动载作用下的疲劳效应、复杂渗流边界与循环振动荷载的累加效应、杂散电流的弥流、环境介质中侵蚀性物质在结构中的迁移、结构临空面干湿交替边界的扩散、邻近施工扰动（开挖、打桩、降水、堆载等）、既有轨道交通等建（构）筑物的运营扰动。
因此城市轨道交通地下结构的动态时空环境效应、结构性能与环境耦合作用机制、以及复杂环境下的城市轨道交通地下结构材料全寿命期性能演化机理是本项目的重要科学问题。
通过该科学问题的系统研究，提出上述复杂环境下结构状态变化的本源多尺度模型，揭示有缺陷结构受力状态变化规律及其长期性能演化机理，创建城市轨道交通地下结构材料服役性能演化分析理论框架，寻求轨道交通地下结构的最佳修复时机和最佳感知位臵，并为轨道交通地下结构性能的评估预知与控制提供必要的材料参数、力学模型和计算理论。
科学问题二：超长线状地下结构状态智慧感知与评估理论智慧感知评估包括感知（典型/关键部位的信息获取与无线传输）、储存（海量数据的存储与处理）和思维（预知模型与评价标准）。
在信道杂乱、电磁兼容性要求高等复杂环境下进行超长线状地下结构（区间隧道、地铁车站等）的状态感知和评估，需要针对城市轨道交通地下结构特定的服役环境，建立地下结构混凝土损伤的智慧感知理论、地下复杂区域无线传感网络（WSN）的集成方法、有缺陷结构服役性能的预知模型、基于海量数据分析的结构病害特征指标体系和定量化评价基准，提出城市轨道交通地下结构的最佳智慧感知方案和预知方法，以突破地下结构复杂环境下的智慧感知瓶颈，并为城市轨道交通地下结构性能的评估、预知和控制提供必要的理论基础和科学依据。
科学问题三：地下水环境下的结构自修复机制与自适应控制理论城市轨道交通地下结构在地下水特定环境的影响和作用下，会加速结构整体状态的连续劣化，然而其环境特点决定了结构一旦损坏，则不易甚至不可更换。
为克服传统修复加固方法的缺点，拟对地下水复杂环境下地下结构损伤的智能自修复机制与多尺度分析理论进行研究，探索并建立相应的结构损伤智能自修复基础理论、生物/矿物自修复方法和基于性能退化的地下结构自适应加固理论，提出城市轨道交通地下结构的最佳修复和加固方法，为实现轨道交通地下结构的主动、自动修复和加固提供理论基础和方法体系。
在保障体系方面，研究城市轨道交通地下结构全寿命数字化理论与方法、健康服役智能服务新机制，实现结构性能的演化、智慧感知、评估预知、智能自修复、自适应加固的有机融合，变被动获取结构健康状态为主动控制结构服役性能，形成完整的城市轨道交通地下结构性能自适应控制理论。
2.3 主要研究内容1.动态服役环境中的地下结构材料全寿命期性能演化机理（1）地下结构材料建设期性能形成机理（2）动态服役环境中地下结构材料服役性能的演变机理（3）固—液—气耦合下全寿命期地下结构材料性能演变机理（4）侵蚀性环境下具有初始损伤地下结构材料的性能演变规律2.地下结构性能与环境耦合作用机制（1）内外环境变化与地下结构耦合的作用机制（2）交通循环荷载对地下结构性能的致损机理（3）损伤与施工缺陷对地下结构性能演化的影响机理3. 超长线状地下结构状态智慧感知理论与方法（1）地下结构混凝土损伤智能传感理论（2）超长线状地下结构状态感知方法（3）地下复杂区域无线传感网络（WSN）的集成与应用理论4.动态时空环境效应下的地下结构健康诊断与服役性能预知理论（1）地下结构健康诊断的指标体系和诊断基准（2）地下结构健康的系统诊断理论（3）地下结构服役性能的演变机理（4）有缺陷结构服役性能演化预知模型和方法（5）主动加固地下结构的长期服役性能预测方法5. 地下水环境下的结构智能自修复与加固理论（1）地下水环境下地下结构损伤的智能自修复机制（2）智能自修复地下结构服役性能的多尺度分析方法（3）地下水环境下地下结构损伤的生物/矿物自修复方法（4）基于性能退化的地下结构自适应加固理论6.地下结构健康服役的数字化保障与控制体系（1）地下结构全寿命期数字化理论与方法（2）地下结构健康服役智能服务机制（3）地下结构健康服役数字化保障与控制方法（4）地下结构健康服役应用示范二、预期目标3.1 总体目标针对城市轨道交通地下结构性能的演化、评估预知和控制开展基础研究，揭示复杂环境下城市轨道交通地下结构材料性能形成和劣化机理，发展适合地下混凝土结构损伤、开裂及破坏全过程模拟的计算新理论，探明初始损伤、施工缺陷和材料劣化条件下结构长期性能演变规律以及与环境相互耦合作用机制；建立城市轨道交通地下结构服役性能的健康诊断模型和有缺陷结构服役性能的预知模型，提出城市轨道交通地下结构健康的系统诊断理论和方法；形成城市轨道交通地下结构智能自修复基础理论与多尺度分析方法及基于性能退化的结构自适应加固理论，构建城市轨道交通地下结构健康服役的数字化保障和控制体系，并最终建立不同时空环境下城市轨道交通地下结构全寿命最优维护理论，实现地下结构服役状态的可知、可控。
3.2 五年预期目标本项目以我国城市轨道交通健康服役的重大需求为导向，开展关键科学问题的研究，五年取得的预期目标如下：（1）深入研究复杂环境下地下结构材料性能形成和演化的规律，建立城市轨道交通地下结构材料性能演化分析理论。
（2）提出复杂环境下城市轨道交通地下结构性能演化的时效分析模型及计算理论，揭示结构性能全寿命期发展和演化规律。
（3）提出适合于城市轨道交通地下结构全寿命期结构状态的高效、全域、经济的智慧感知方法，建立结构健康服役过程的实时、主动监控系统模型。
（4）完善城市轨道交通地下结构病害指标体系，建立城市轨道交通地下结构服役性能的健康诊断模型和有缺陷地下结构服役性能的预知模型，提出城市轨道交通地下结构健康的系统诊断理论和方法。
（5）建立轨道交通地下结构智能自修复的基础理论、设计方法与服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的地下结构自适应加固理论，提出复杂环境下的轨道交通地下结构主动、自动修复理论和方法。
（6）形成我国城市轨道交通地下结构健康服役数字化保障机制，建立完整的城市轨道交通地下结构性能控制理论和保障体系。
在国内外高水平学术期刊上发表论文200篇以上（其中150篇SCI论文），专著3本，申请国家发明专利20项，培养博士生50人、硕士生80人，凝聚和培育国内一批城市轨道交通健康服役的高水平研究队伍，培养本领域的优秀科学家及创新团队，形成具有重要国际影响的研究团队，整体提升我国在该领域的国际地位。
三、研究方案4.1 学术思路以三个关键科学问题为核心，推进岩土结构与材料、物理、化学、生物、信息等多个学科及其交叉前沿理论研究，采用室内实验、现场实验和监测、物理模拟、理论分析、数值模拟等多种方法，开展系统的理论和方法研究，深刻认识城市轨道交通地下结构性能全寿命期演化规律，研究城市轨道交通地下结构病害特征和产生机理。
在此基础上建立有缺陷结构服役性能的预知模型，提出城市轨道交通地下结构健康的诊断理论和综合性诊断方法。
通过结构状态智慧感知再现复杂环境下地下结构性能演化过程，提出轨道交通地下结构智能自修复基础理论及服役性能多尺度分析方法及基于性能退化的地下结构自适应加固理论，探索地下结构生物/矿物修复方法。
构建城市轨道交通地下结构健康服役的数字化保障体系，形成城市轨道交通地下结构性能控制理论，并进行应用验证。